雅泸高速大相岭隧道超前地质预报研究
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摘要
在西部地区大规模高速公路的建设中,由于西部地区地质条件复杂、山峦叠嶂、沟壑纵横给高速公路建设带来了极大的难度,因此隧道工程显得尤为重要,而在隧道工程的施工过程中探明掌子面前方的地质情况成为隧道施工安全的重要控制性因素之一。为了保证隧道的安全施工,超前地质预报工作成为隧道施工工序的重要组成部分。
本文详细阐明了大相岭隧道区工程地质条件,在收集前人研究资料,分析国内外技术方法的基础上,运用现代物探手段对隧道地质灾害进行超前预报,并且在大相岭隧道超前预报的实际工作中总结经验。本文主要围绕以下方面展开：
1.系统总结了超前地质预报的各种方法,阐述了地质雷达的工作原理、工作方法、解译方式和使用效果。将探测结论、勘察资料和工程实际相对比地质雷达在大相岭隧道中的探测有良好的预报结果,但是地质雷达在探测过程中的干扰因素较多,影响了其预报的准确性。
2.通过TSP技术在大相岭隧道中的实际应用,阐述了其工作原理和工作方法。在大相岭隧道长距离的探测过程中分别使用TSP203、TGP206和TGP12三种系统进行了探测,从探测结果和工程实际相对比,总结了三种探测系统的优缺点。
3.以地质分析为核心,采用多种超前预报方式进行综合超前预报,对隧道岩性、围岩类别、断层、破碎带,地下水等主要工程地质条件及涌水等地质灾害,从不同程度上进行了预测预报,对施工进行了有效的指导作用。
4.通过对大相岭隧道的预测预报分析,建立了一套隧道地质灾害超前预报的总体思路：以地质分析法为核心,采用TSP技术进行长距离的超前探测,根据探测结论的分析,采用地质雷达进行中距离的探测,最后采用掌子面素描来进行短距离的预报,在特殊地段采用超前钻探来进行预测和验证。最终将超前预报作为一种施工工序纳入到正常的施工过程中。
In the large-scale highway construction of the western region in China, the complicated geological conditions, mountains peaks and vertical and horizontal ravines have brought great difficulty to the highway construction, thus the tunnel project is particularly important, while in the process of tunnel construction, proving the geology conditions in front of the tunnel's working face is one of the important controlling factors of the tunnel construction safety. In order to ensure the safety of the tunnel construction, advanced tunnel geological prediction is an important part of tunnel construction processes.
This paper elaborated the engineering geological conditions of Daxiangling tunnel area, on the basis of collecting previous studies and analyzing the techniques and methods at home and abroad, modern geophysical methods were used to predict tunnel geological disasters, and experiences were summarized during the real work of forecasting Daxiangling tunnel geological disasters. This paper mainly focused on the following aspects:
1. Various methods for advanced geological prediction were systematically summarized, and the working principle, working methods, interpretation methods and the application effects of geological radar were elaborated. Comparing the probe findings and survey data with engineering practice showed that ground geological radar for the detection of Daxiangling tunnel had a good prediction results, but there are many factors affecting the forecast accuracy in the process.
2. Through the practical application of TSP technology in Daxiangling tunnel, its working principle and working methods were described. Three kinds of systems named TSP203, TGP206 and TGP12 were adapted to probe in the long-distance observation of Daxiangling tunnel, and comparing the observation results with engineering practice, the advantages and disadvantages of three types of detection systems were summarized.
3. With geological analysis as the core, a variety of advanced geological forecast methods were used to predict tunnel lithology, rock types, faults, fracture zones, as well as geological conditions of projects like groundwater and geological disasters like water inflow.
4. Through the forecast analysis of Daxiangling tunnel, a set of general concept of tunnel geological disasters prediction was established:Taking geological analysis as the key, TSP technology was used for advanced forecast of long-distance detection, according to the conclusions of the detection analysis, and ground penetrating radar was used for medium-range detection, finally, tunnel face sketch was used for short-range forecasting, and advance borehole drilling was adapt to predict and verify in some special sections. Advanced geological forecast would eventually be a procedure of the normal construction process.
本文详细阐明了大相岭隧道区工程地质条件,在收集前人研究资料,分析国内外技术方法的基础上,运用现代物探手段对隧道地质灾害进行超前预报,并且在大相岭隧道超前预报的实际工作中总结经验。本文主要围绕以下方面展开：
1.系统总结了超前地质预报的各种方法,阐述了地质雷达的工作原理、工作方法、解译方式和使用效果。将探测结论、勘察资料和工程实际相对比地质雷达在大相岭隧道中的探测有良好的预报结果,但是地质雷达在探测过程中的干扰因素较多,影响了其预报的准确性。
2.通过TSP技术在大相岭隧道中的实际应用,阐述了其工作原理和工作方法。在大相岭隧道长距离的探测过程中分别使用TSP203、TGP206和TGP12三种系统进行了探测,从探测结果和工程实际相对比,总结了三种探测系统的优缺点。
3.以地质分析为核心,采用多种超前预报方式进行综合超前预报,对隧道岩性、围岩类别、断层、破碎带,地下水等主要工程地质条件及涌水等地质灾害,从不同程度上进行了预测预报,对施工进行了有效的指导作用。
4.通过对大相岭隧道的预测预报分析,建立了一套隧道地质灾害超前预报的总体思路：以地质分析法为核心,采用TSP技术进行长距离的超前探测,根据探测结论的分析,采用地质雷达进行中距离的探测,最后采用掌子面素描来进行短距离的预报,在特殊地段采用超前钻探来进行预测和验证。最终将超前预报作为一种施工工序纳入到正常的施工过程中。
In the large-scale highway construction of the western region in China, the complicated geological conditions, mountains peaks and vertical and horizontal ravines have brought great difficulty to the highway construction, thus the tunnel project is particularly important, while in the process of tunnel construction, proving the geology conditions in front of the tunnel's working face is one of the important controlling factors of the tunnel construction safety. In order to ensure the safety of the tunnel construction, advanced tunnel geological prediction is an important part of tunnel construction processes.
This paper elaborated the engineering geological conditions of Daxiangling tunnel area, on the basis of collecting previous studies and analyzing the techniques and methods at home and abroad, modern geophysical methods were used to predict tunnel geological disasters, and experiences were summarized during the real work of forecasting Daxiangling tunnel geological disasters. This paper mainly focused on the following aspects:
1. Various methods for advanced geological prediction were systematically summarized, and the working principle, working methods, interpretation methods and the application effects of geological radar were elaborated. Comparing the probe findings and survey data with engineering practice showed that ground geological radar for the detection of Daxiangling tunnel had a good prediction results, but there are many factors affecting the forecast accuracy in the process.
2. Through the practical application of TSP technology in Daxiangling tunnel, its working principle and working methods were described. Three kinds of systems named TSP203, TGP206 and TGP12 were adapted to probe in the long-distance observation of Daxiangling tunnel, and comparing the observation results with engineering practice, the advantages and disadvantages of three types of detection systems were summarized.
3. With geological analysis as the core, a variety of advanced geological forecast methods were used to predict tunnel lithology, rock types, faults, fracture zones, as well as geological conditions of projects like groundwater and geological disasters like water inflow.
4. Through the forecast analysis of Daxiangling tunnel, a set of general concept of tunnel geological disasters prediction was established:Taking geological analysis as the key, TSP technology was used for advanced forecast of long-distance detection, according to the conclusions of the detection analysis, and ground penetrating radar was used for medium-range detection, finally, tunnel face sketch was used for short-range forecasting, and advance borehole drilling was adapt to predict and verify in some special sections. Advanced geological forecast would eventually be a procedure of the normal construction process.
引文
1徐则明,黄润秋.深埋特长隧道及其施工地质灾害[M].成都：西南交通大学出版社,2000
2刘春.关于修建乌鞘岭隧道采用TBM的可行性分析[J].铁道工程学报.2002, (4)86-90
3姚锋敏,赵崇文.尖山工程建设工程地质问题回顾.中国矿业.1994,3(增刊)：179-181
4张有天.水工隧洞建设的经验和教训(下).贵州水利发电.2002,16(1)：75-84
5岳建华,刘树才.矿井直流电法勘探.中国矿业大学出版社.2000：1-13
6王良奎.多种超前地质预报方法在隧道施工中的应用.金属矿山,2001：45-47
7肖书安.瑞士Vereina隧道工程中的地质超前预报测量.广东公路交通.1998,54(增刊)115-120
8杨明举.瑞士及北欧公路隧道建设技术.公路,2002：119-121
9 GerdSattel, etal.Predicting ahead of the Face. Tunnels&Tunneling, April 1996: 24-30
10赵永贵,刘浩,孙宇等.隧道地质超前预报进展.地球物理学进展.2003,18(3)：460-464
11叶英.隧道超前地质预报方法探讨.2003年全国公路隧道学术会议论文集,人民交通版社,2003
12陈建峰.隧道施工地质超前预报技术比较.地下空间.2003, (1)：5-8,16
13郭朋超.隧道地质超前预报新技术概述.铁道建筑技术.2004,2：24-27
14 Hastgawa, M. Usui, M. Geological prediction method a head of tunnel faces. New Technolgy on tunneling.1991:27-28
15 Amberg Measuring Technique. Comparison of various tunnel geological forecast techniques. Amberg Measuring Technique.2003:1-19
16齐传生,TSP202隧道地震波超前地质预报系统的应用.世界隧道.1999,1：36-40
17黄秀成,秦之富,朱如荣等.公路隧道地质雷达地质预报方法探讨.公路交通技术.2004,5：107-111
18王正成,谭巨刚,孔祥春等.地质雷达在隧道超前预报中的应用.铁道建筑,2005：9-11
19高才坤,郭世明.采用地质雷达进行隧道掌子面前方地质情况预报.水力发电,2000：11-13
20王连成.隧道及工程地质中的快速地质雷达探测方法.地下空间.1999,19(5)：359-362
21钟宏伟,赵凌.我国隧道工程超前预报技术现状分析.人民长江.2004,(9)：16-18
22许和平,断层参数预测法超前预报铁路隧道断层技术研究.西南交通大学硕士学位论文.2000
23代树林.复杂地层隧道施工地质超前预报及施工方法的确定.长春科技大学硕士学位论文.1999
24杨秀权.隧道隧洞超前地质预报技术研究.北方交通大学硕士学位论文.2002
25赵玉光,高波.论公路隧道信息化施工超前地质预报系统与地质灾害预报.中国地 质灾害与防治学报.2001,12(3)：44-47
26何发亮,李苍松.隧道施工期地质超前预报技术的发展.现代隧道技术.2001,38(3)：12-15
27于宁,朱合华.公路隧道施工中的地质灾害及相应措施的分析.地下空间.2003,23(2)：119-123
28于宁,朱合华,苏生瑞.公路隧道施工中的地质灾害及对策.施工技术.2003,32(9)：12-14
29王齐仁.灾害地质体超前探测技术研究现状与思考.煤田地质与勘探.2005,33(5)：65-69
30徐济川,黄少霞.大瑶山隧道的突泥涌水机制.铁道工程学报.1996,2：83-89
31蒋忠信,秦小林.南昆铁路隧道溶洞的预测与检验.铁道工程学报.1997,(1)：94-103
32蒋忠信,秦小林.云贵高原区南昆铁路沿线溶洞发育规律.山地研究.1997,15(4)：145-150
33吴云生,李法昶.秦岭隧道施工对设计地质成果的验证分析.铁道工程学报.1998,59(3)：69-80
34毛建安.秦岭特长隧道施工地质超前预报技术的应用.世界隧道.1998 4：36-39
35曾昭磺,隧道地震反射法超前预报.地球物理学报.1994,2：218-230
36王齐仁,杨天春.隧道地质灾害超前预报的地震反射法.地球物理学进展.2006,21(2)：643-649
37薛建,曾昭发,王者江等.隧道掘进中掌子面前方岩石结构的超前预报.长春科技大学学报.2000,30(1)：87-89,97
38刘盛东,吴军,张平松.地下工程震波技术与应用.中国煤田地质.2001,13(3)：59-61
39何振起,李海,梁彦忠.利用地震反射法进行隧道施工地质超前预报.铁道工程学报.2000,68(4)：81-85
40周治国.隧道工程超前地质预报技术研究：同济大学博士学位论文.2004
41张景科.隧道施工综合地质超前预报的应用研究.兰州大学硕士学位论文.2005
42薛国强,宋建平,武军杰等.瞬变电磁法探测公路隧道工程中的不良地质构造.长安大学学报.2003,25(4)：73-75,79
43王鹰,陈强,魏有仪等.红外探测技术在圆梁山隧道突水预报中的应用.岩石力学与工程学.2003(5)：855-857
44 A. Juhlin. Imaging of fracture zones in the Finnsjon area, central Sweden, using the seismic reflection method. Geophysics,1995(1),66-75
45 Husegawa. M. uaui. M, Ucno, H. and Minctani. A. A case study of geological prediction ahead of the tunnel face in fracture zone. Annu conf. Jpn. Soc. Eng. Geol,1990:149-152
46王洪勇,张继奎,李志辉.长大隧道红外辐射测温超前预报含水体方法研究与应用实例分析.物探化探计算技术.2003,25(1)：11-17
47王洪勇.综合超前地质预报在圆梁山隧道中的应用.现代隧道技术.2004,1(3),55-61
48刘志刚.概论岩溶或地质复杂隧道隧洞地质灾害超前预报技术.铁道建筑技术.2003,2：1-5
49李勇,孙喜峰,李廷.隧道施工地质超前预报方法.地质与资源.2004, 13(2)：119-122
50吴俊,毛海和.地质雷达在公路隧道短期地质超前预报中的应用[J].岩土力学.2003,24(增刊)：154-157
51吴永清,何林生.地质雷达在公路隧道的应用[J].广东公路交通.1998,(54)：111-114
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53赵世文.超前地质预报技术及其在隧道中的应用.广州建筑,2008：33
54徐林生.川藏公路二郎山隧道高地应力与岩爆问题研究[D].成都理工大学博士学位论文.1999
55肖尚斌.蒲石河抽水蓄能电站厂房节理三维网络模拟及围岩稳定性研究[D].长春科技大学博士学位论文.1997
56王良奎.多种超前地质预报方法在隧道施工中的应用[J].金属矿山,2001,11
57茹瑞典,张金才,戚筱俊.地质雷达探测技术的应用研究.工程地质学报.1996,4(2)：51-56
58孔令讲,周正欧.浅地层探地雷达方位分辨率衡量方法研究[J].系统工程与电子技术.2005,27(5)：795-798
59李大红,高克德.地下雷达目标的表征和识别.煤炭科学研究总院建院三十周年纪念论文集.煤炭科学研究总院.1987
60戴前伟等.地质雷达的应用条件探讨.物探与化探,2004
61李大洪.影响地质雷达工作频率选择的若干因素.矿业安全与环保,2000.6
62李大心编著.探地雷达方法与应用.地质出版社,1994
63美国劳雷工业公司SIR-2000型地质雷达用户使用手册
64刘云祯.TGP隧道地震波预报系统与技术.物探与化探.2009,33(2)：170-171
65黄样志,余成学,钟福平,李海建.概论超前地质预报系统[J].建筑技术开发.2004,31(11)：26-28
66曲海锋,刘志刚,朱合华.隧道信息化施工中综合超前地质预报技术[J].岩石力学与工程学报.2006,25(6)：1246-1251
67张志龙,王兰生,王跃飞.公路隧道施工超前地质预报技术方法研究现状综述.公路交通科技.2009,22(9)：127-128
2刘春.关于修建乌鞘岭隧道采用TBM的可行性分析[J].铁道工程学报.2002, (4)86-90
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17黄秀成,秦之富,朱如荣等.公路隧道地质雷达地质预报方法探讨.公路交通技术.2004,5：107-111
18王正成,谭巨刚,孔祥春等.地质雷达在隧道超前预报中的应用.铁道建筑,2005：9-11
19高才坤,郭世明.采用地质雷达进行隧道掌子面前方地质情况预报.水力发电,2000：11-13
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56王良奎.多种超前地质预报方法在隧道施工中的应用[J].金属矿山,2001,11
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59李大红,高克德.地下雷达目标的表征和识别.煤炭科学研究总院建院三十周年纪念论文集.煤炭科学研究总院.1987
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67张志龙,王兰生,王跃飞.公路隧道施工超前地质预报技术方法研究现状综述.公路交通科技.2009,22(9)：127-128